随机烷基化的POSS作为低地球轨道卫星的原子氧防护涂层材料

《ACS Applied Nano Materials》：Randomly Alkylated POSS as Atomic Oxygen-Protective Coating Materials for Low Earth Orbit Satellites

随机烷基修饰的POSS分子作为原子氧防护涂层材料，通过控制硅层厚度和抑制裂纹生成提升性能。激光detonation测试表明其质量损失与C8-POSS相当，XPS和SEM分析显示表面均匀性及抗氧化性更优，为低地球轨道卫星防护提供新策略。

　　

原子氧（AO）是低地球轨道（LEO）残余大气中的主要成分，由于其高化学反应性，对卫星构成了严重威胁。尽管多面体寡聚硅氧烷（POSS）衍生物已被用作AO防护涂层材料，但制备均匀且无裂纹的薄膜仍然具有挑战性。为了改善薄膜的形成性能，我们设计并合成了一种随机烷基化的POSS分子（C₈C₁₀C₁₂C₁₄-POSS），其侧链中包含了多种烷基（C₈H₁₇、C₁₀H₂₁、C₁₂H₂₅和C₁₄H₂₉）。与辛基取代的POSS（C₈-POSS）相比，C₈C₁₀C₁₂C₁₄-POSS在旋涂过程中表现出更好的薄膜均匀性。通过激光引爆产生的AO束对这些薄膜的AO抗性进行了评估。在暴露于7 × 10²⁰原子/cm²的AO后，微天平测量显示C₈C₁₀C₁₂C₁₄-POSS的质量损失与C₈-POSS相当。此外，X射线光电子能谱测量进一步表明，C₈C₁₀C₁₂C₁₄-POSS形成的二氧化硅层比C₈-POSS形成的层更薄，并且二氧化硅层与底层C₈C₁₀C₁₂C₁₄-POSS层之间的成分梯度在深度方向上更为平缓。扫描电子显微镜观察确认，C₈C₁₀C₁₂C₁₄-POSS表面在AO暴露后没有出现物理缺陷。这些发现表明，使用POSS引入随机分布的烷基是一种有效的分子设计策略，可以开发出具有AO防护功能的涂层材料，实现二氧化硅层形成的纳米级控制并抑制微裂纹的产生。这种方法可以提高卫星在LEO和极低地球轨道（VLEO）环境中的长期耐用性和可靠运行。